專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光中子轉(zhuǎn)換靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光中子轉(zhuǎn)換靶，該光中子轉(zhuǎn)換耙用于利用x射線產(chǎn)
生光中子，該光中子轉(zhuǎn)換耙特別是可用于違禁品檢測(cè)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
目前，恐怖主義對(duì)國(guó)際和國(guó)內(nèi)社會(huì)的安定構(gòu)成了極大的威脅，各 國(guó)政府都在致力于解決反恐問(wèn)題。而違禁品如爆炸物的檢測(cè)技術(shù)是反 恐問(wèn)題的核心。
一種現(xiàn)有的違禁品檢測(cè)技術(shù)是x射線成像檢測(cè)技術(shù)。x射線成像檢
測(cè)技術(shù)是一種已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的安檢技術(shù)，在機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站能夠看
到很多基于x射線成像檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備。由于x射線主要是與原子核外 的電子發(fā)生反應(yīng)，對(duì)原子核的特性沒(méi)有區(qū)別能力，因此利用x射線只能 測(cè)量被檢測(cè)物體的密度(質(zhì)量厚度)，而無(wú)法判斷被檢測(cè)物體的元素 種類(lèi)。在實(shí)際中，當(dāng)違禁品與日常用品混合放置且密度難以區(qū)分的時(shí) 候，利用x射線成像檢測(cè)技術(shù)就很難發(fā)現(xiàn)它。雖然一些新型的x射線成
像檢測(cè)技術(shù)，如雙能X射線、CT技術(shù)等在識(shí)別能力上有所提高，但是 仍然無(wú)法克服不能識(shí)別元素種類(lèi)的固有缺點(diǎn)，
另一類(lèi)現(xiàn)有的危險(xiǎn)品檢測(cè)技術(shù)是中子類(lèi)檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于中子類(lèi)檢 測(cè)技術(shù)，中子能夠與物質(zhì)的原子核發(fā)生反應(yīng)，放出具有特征性的Y射線， 根據(jù)Y射線的能譜，則可判斷被分析的物質(zhì)的元素種類(lèi)。中子類(lèi)檢測(cè)技 術(shù)的缺陷在于其較低的成像分辨率，目前最好也只能達(dá)到5cmx 5cmx
5cm的空間分辨率，這遠(yuǎn)低于X射線成像的mm級(jí)分辨率，而且，單獨(dú)的 中子源通常價(jià)格昂貴，使用時(shí)間有限，且所產(chǎn)生的中子強(qiáng)度不高。
因此，就希望能夠有一種方法和/或系統(tǒng)能夠組合如上所述的X射 線成像檢測(cè)技術(shù)和中子類(lèi)檢測(cè)技術(shù)，以獲得X射線成像檢測(cè)技術(shù)的高分 辨率以及中子類(lèi)檢測(cè)技術(shù)的元素識(shí)別能力這些優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)專(zhuān)利 No. 5078952公開(kāi)了一種組合了多種檢測(cè)手段的爆炸物檢測(cè)系統(tǒng)，其中 包括X射線成像裝置以及中子檢測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)概率以及較 低的誤報(bào)率。并且，該美國(guó)專(zhuān)利還公開(kāi)了將由X射線成像裝置獲得的數(shù)據(jù)與由中子檢測(cè)裝置獲得的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以便用高分辨率的x射線圖像
來(lái)彌補(bǔ)中子類(lèi)檢測(cè)技術(shù)分辨率不高的缺陷。但是，在該美國(guó)專(zhuān)利中使
用了彼此獨(dú)立的x射線源和中子源，其成本較高。
值得注意的是，有一種產(chǎn)生中子的方式是用x射線轟擊轉(zhuǎn)換靶，并
從該轉(zhuǎn)換靶中產(chǎn)生中子，這樣產(chǎn)生的中子可稱(chēng)為光中子。這種中子產(chǎn)
生方式提供了在一個(gè)源中產(chǎn)生x射線和中子這兩者的可能，這比分別用 兩個(gè)源來(lái)分別產(chǎn)生x射線和中子要節(jié)省成本。
在國(guó)際申請(qǐng)公開(kāi)WO 98/55851中公開(kāi)了一種利用光中子和X射線成 像來(lái)檢測(cè)和識(shí)別違禁品的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用兩步式方式來(lái)工作。具體 地，該系統(tǒng)首先用直線加速器X射線源產(chǎn)生X射線束，并用X射線成像對(duì) 被檢物體進(jìn)行檢測(cè)，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，則讓被檢物體通過(guò)，如果發(fā) 現(xiàn)嫌疑區(qū)域，則臨時(shí)將一光中子轉(zhuǎn)換靶(鈹)插入X射線束中，以產(chǎn)生 光中子，并根據(jù)光中子與物質(zhì)原子核發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)所放出的特征 性y射線對(duì)嫌疑區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。該系統(tǒng)僅用X射線進(jìn)行第一步 檢測(cè)，由于如上所述的X射線成像檢測(cè)技術(shù)的識(shí)別能力的限制，因此其 具有較低的檢測(cè)概率(probability of detection, PD)。而且，該 系統(tǒng)并不同時(shí)產(chǎn)生用于檢測(cè)的X射線和光中子，而是在兩個(gè)步驟中分別 產(chǎn)生用于檢測(cè)的X射線和光中子，即，在一個(gè)步驟中僅產(chǎn)生X射線而不 產(chǎn)生光中子，而在另一個(gè)步驟中是用X射線產(chǎn)生光中子，但該X射線僅 用于產(chǎn)生光中子而并不用于檢測(cè)目的.進(jìn)一步地，其產(chǎn)生的光中子僅 用于檢測(cè)被檢物體的嫌疑區(qū)域，并不用于對(duì)被檢物體進(jìn)行總體檢測(cè)。
在本申請(qǐng)人的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 200510086764. 8中公開(kāi)了一種用 快中子和X射線進(jìn)行材料識(shí)別的方法。在該申請(qǐng)中描述了一種同時(shí)產(chǎn)生 X射線和光中子的方法和裝置，其將加速器產(chǎn)生的X射線分成兩束，其 中一束用于產(chǎn)生光中子。然而，在該申請(qǐng)中，對(duì)于中子來(lái)說(shuō)，其是利 用光中子透射過(guò)被檢物體的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的，而并非利用中子與被 檢物體反應(yīng)所放出的特征性y射線。而且，在該申請(qǐng)中，在這樣的檢測(cè) 方式中，為了使得X射線束和中子束的檢測(cè)不互相干擾，通常需要使得 X射線束與中子束之間橫向隔開(kāi)一定距離，
上述申請(qǐng)和專(zhuān)利都被全文引入作為參考。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種光中子轉(zhuǎn)換靶，其能夠提高光中子產(chǎn)量。
本實(shí)用新型提供了一種光中子轉(zhuǎn)換靶，用于利用x射線束轟擊該光
中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)換靶具有長(zhǎng)型本體，該本體具
有笫一端部和笫二端部，在使用時(shí)，所述x射線束進(jìn)入所述本體，并沿
著從笫一端部至第二端部的方向傳播；其中，所述光中子轉(zhuǎn)換靶的本體的形狀設(shè)計(jì)成與所述X射線束的強(qiáng)度分布基本上相匹配，使得強(qiáng)度大的X射線能在光中子轉(zhuǎn)換靶的本體內(nèi)傳播更遠(yuǎn)的距離。
按照本實(shí)用新型構(gòu)造的光中子轉(zhuǎn)換靶能夠充分利用X射線束，以提高光中子產(chǎn)量。這樣，當(dāng)該光中子轉(zhuǎn)換靶用于中子檢測(cè)應(yīng)用中時(shí)，能夠提高中子分析速度。本實(shí)用新型的光中子轉(zhuǎn)換靶可應(yīng)用于任何利用X射線產(chǎn)生光中子的場(chǎng)合，而不局限于下面的實(shí)施例所描述的場(chǎng)合.


圖l示出了按照本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的光中子-X射線違禁品檢
測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2示出了圖1中的光中子轉(zhuǎn)換靶的放大平面示意圖，其中示出了
由該光中子轉(zhuǎn)換靶限定的通道；
圖3示出了圖2中的光中子轉(zhuǎn)換靶的端視圖4示出了一種改進(jìn)的Y射線探測(cè)器。
具體實(shí)施方式

下面參考附圖，對(duì)本實(shí)用新型的典型具體實(shí)施例作詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
參考圖l所示的示例，被檢物體(例如封閉集裝箱8)設(shè)置在平臺(tái)19上。應(yīng)當(dāng)注意，在圖1中該集裝箱8以剖視圖顯示，以便于顯示出其中裝載的各種貨物IO,這些貨物10可能包括各種材料，如金屬ll、木塊12和炸藥13。該平臺(tái)19被拖動(dòng)裝置20所牽引，進(jìn)入本實(shí)用新型的檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)區(qū)域。該集裝箱8—般是由波紋鋼和鋁制造的。其它的集裝箱如航空集裝箱也可做類(lèi)似的檢測(cè)。
當(dāng)位置傳感器(未示出)檢測(cè)到集裝箱8移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，該位置傳感器可觸發(fā)本實(shí)用新型系統(tǒng)中的x射線發(fā)生器開(kāi)始工作.在一個(gè)實(shí)
施例中，該X射線發(fā)生器包括電子加速器(未示出)以及電子耙2。該未示出的電子加速器產(chǎn)生射向電子靶2的電子束1。電子把2通常是由原子序數(shù)較高的物質(zhì)如鎢、金構(gòu)成的，電子在被鴒或金的原子阻擋以后，會(huì)因?yàn)檐愔螺椛涠懦鯴射線主束3。如下文將要描述的那樣，將要從該X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束，其中，第一X射線束用于X射線成像檢測(cè)，而第二X射線束用于中子檢測(cè)。在本文中，X射線成像檢測(cè)是指X射線透射被檢物體，并通過(guò)探測(cè)X射線的衰減來(lái)檢測(cè)被檢物體的密度信息；中子檢測(cè)是指中子與被檢物體的原子發(fā)生反應(yīng)從而放出特征性Y射線，并通過(guò)探測(cè)該特征性Y射線來(lái)檢測(cè)被檢物體的元素種類(lèi)信息。應(yīng)當(dāng)注意的是，在本實(shí)用新型中的系統(tǒng)和方法中，是同時(shí)利用X射線成像檢測(cè)和和中子檢測(cè)對(duì)被檢物體進(jìn)行檢測(cè)的。
在圖l中，以局部剖視圖示出了光中子轉(zhuǎn)換耙4。 X射線主束3轟擊光中子轉(zhuǎn)換靶4來(lái)獲得光中子6，并利用該光中子6對(duì)集裝箱8進(jìn)行中子檢測(cè)。特別是，在該實(shí)施例中，該光中子轉(zhuǎn)換靶4還用來(lái)從X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束。
圖1中的光中子轉(zhuǎn)換靶4在圖2和圖3中放大示出。如圖2所示，該光中子轉(zhuǎn)換靶4包括本體401。在一個(gè)實(shí)施例中，該本體401為沿著X射線主束3的傳播方向延伸的長(zhǎng)型本體，其具有第一端部402和第二端部403。該本體401內(nèi)具有貫穿該本體401的通道404，該通道404從第一端部402延伸至第二端部403。該圖2和圖3的實(shí)施例中，該通道々(M形成為在平面P (垂直于圖2和圖3的紙面)內(nèi)充分延伸的縫隙，以致于將該本體401分成兩個(gè)相互分離的部分。優(yōu)選是，該通道404穿過(guò)該本體401的對(duì)稱(chēng)中心，而將其分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的部分。該通道4(M被限定在這兩個(gè)分離部分之間。當(dāng)X射線主束3朝著光中子轉(zhuǎn)換靶4的本體401入射時(shí)，一部分X射線束405經(jīng)由該通道404直接穿過(guò)該光中子轉(zhuǎn)換靶4，而不與該光中子轉(zhuǎn)換靼4發(fā)生任何反應(yīng)，這部分X射線束被限定為笫一X射線束405。另一部分X射線束406進(jìn)入該本體401內(nèi)，并朝著從第一端部402至第二端部403的方向傳播，并在傳播過(guò)程中與該光中子轉(zhuǎn)換靶4的原子核發(fā)生反應(yīng)，從而放出光中子，這部分X射線束406被限定為第二X射線束406?？梢钥闯?，該通道404事實(shí)上起到了分束器的作用，用于從X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束。在其它未示出的實(shí)施例中，該通道404也可以采用其它形式，例如，該通道也可以并不將該本體401分成兩部分，而是形成為貫穿該本體401的通孔(未示出)，或者形成為由本體401限定的其它通道形式，只要保證用于X射線成像的扇形X射線束能夠穿過(guò)該本體401即可。
為了充分利用從電子靶2出射的X射線主束3，以提高該光中子轉(zhuǎn)換靶4的光中子產(chǎn)量，該光中子轉(zhuǎn)換靶4的形狀可以設(shè)計(jì)成與X射線主束3的強(qiáng)度分布基本上相匹配，即，使得強(qiáng)度大的X射線能在光中子轉(zhuǎn)換把4的本體401內(nèi)傳播更遠(yuǎn)的距離。參考圖1和圖2，從電子靶2出來(lái)的X射線主束3通常具有成軸對(duì)稱(chēng)的強(qiáng)度分布，其強(qiáng)度分布對(duì)稱(chēng)軸線沿著電子束1的方向，并且，通常越靠近該強(qiáng)度分布對(duì)稱(chēng)軸線，X射線的強(qiáng)度越大。相應(yīng)地，在忽略該光中子轉(zhuǎn)換靶4中的通道404的情況下，該光中子轉(zhuǎn)換靶4總體上可具有軸對(duì)稱(chēng)形狀并限定了一靶對(duì)稱(chēng)軸線409,并且該光中子轉(zhuǎn)換靶的軸對(duì)稱(chēng)形狀與X射線主束3的軸對(duì)稱(chēng)分布基本上相匹配。在該使用時(shí)，該靶對(duì)稱(chēng)軸線409與X射線主束3的強(qiáng)度分布對(duì)稱(chēng)軸線重合。優(yōu)選地，該光中子轉(zhuǎn)換靶4的至少一部分最好為朝著第二端部403漸縮的漸縮部分，以便使得光中子轉(zhuǎn)換靶4在更靠近該靶對(duì)稱(chēng)軸線的地方具有更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。在圖2所示的實(shí)施例中，該光中子轉(zhuǎn)換靶4包括鄰近第二端部403的漸縮部分408和鄰近笫一端部402的圓柱體部分407,該圓柱體部分407可與該漸縮部分408—體成形。該漸縮部分408可終止于第二端部403。圖2中所示的該漸縮部分408為截頭圓錐形。該圓柱體部分407與該漸縮部分408具有共同的縱向中心軸線，并與該靶對(duì)稱(chēng)軸線重合。在其它實(shí)施例中，該漸縮部分408也可以為非截頭的錐形，或者以其它方式漸縮(例如以曲線方式漸縮)。在另一些實(shí)施例中，該光中子轉(zhuǎn)換靶4也可以從第一端部402開(kāi)始漸縮到第二端部403。
盡管在圖l ~圖3中示出了由光中子轉(zhuǎn)換耙4限定的通道404作為分束器，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，也可以采用其它形式的分束器，用于從X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束。例如，可以采用在本申請(qǐng)人的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 200510086764, 8中公開(kāi)的雙通道分流準(zhǔn)直器。該雙通道分流準(zhǔn)直器可將X射線主束3分成相互間隔開(kāi)的兩束，并將光中子轉(zhuǎn)換靶設(shè)置在其中一束的傳播路徑上以產(chǎn)生光中子。
還應(yīng)當(dāng)注意，該光中子轉(zhuǎn)換靶4具有漸縮部分的這一特征不局限于用于本實(shí)用新型實(shí)施例所述的場(chǎng)合.該特征還適用于使用x射線束轟擊光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子的任意其它場(chǎng)合，例如可應(yīng)用于國(guó)際申請(qǐng)
公開(kāi)W0 98/55851以及中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 200510086764. 8所述的場(chǎng)合中，以提高光中子的產(chǎn)量。在這些其它應(yīng)用場(chǎng)合中，該光中子轉(zhuǎn)換把可以有或沒(méi)有用作分束器的前述通道。
返回圖l，電子束1的能量的選取通常需要考慮所需要的X射線束的能量以及光中子轉(zhuǎn)換靶的材料。根據(jù)被檢測(cè)物體的類(lèi)型、檢測(cè)速度和環(huán)境安全的不同，可以選擇不同能量的X射線束來(lái)進(jìn)行穿透。為了安全的原因以及為了節(jié)約成本，通常應(yīng)選擇盡可能小的能量。未示出的電子加速器產(chǎn)生的電子束l的能量可在lMeV 15MeV的范圍內(nèi).光中子轉(zhuǎn)換把4的理想材料應(yīng)該具有較小的光中子反應(yīng)閾值和較大的光中子反應(yīng)截面，但這二者難以同時(shí)滿足。對(duì)于lMeV-15MeV的X射線來(lái)說(shuō)，由
于其能量還不夠高，對(duì)于截面較大但閾值也高的材料來(lái)說(shuō)光中子產(chǎn)額較低，而鈹(9Be)或者重水(D20)則是較為理想的材料。9Be的光中子反應(yīng)閾值僅為l. 67MeV， D20中D的反應(yīng)閾值為2. 223MeV.進(jìn)入光中子轉(zhuǎn)換粑4的X射線主束3與其中的9Be或者2H發(fā)生光中子反應(yīng)，放出了光中子6。由于X射線主束3的能譜是連續(xù)分布的，因此光中子6的能譜也是連
續(xù)分布的。另外，當(dāng)所使用電子加速器能產(chǎn)生能量較高的電子束l時(shí)，該光中子轉(zhuǎn)換靶4也可以使用閣值較高但是截面較大的材料，如鎢(W)的各個(gè)同位素和鈾(U)的各個(gè)同位素。
在一個(gè)實(shí)施例中，未示出的電子加速器可以以特定頻率產(chǎn)生電子束l，這樣，該電子束l則為具有該特定頻率的電子束脈沖l.電子束脈沖1轟擊電子靶2后，產(chǎn)生相同頻率的X射線脈沖3。該特定頻率可以根據(jù)被檢測(cè)集裝箱8的行進(jìn)速度來(lái)確定，例如可以在10Hz 1000Hz的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，該特定頻率可以為"OHz。該電子束脈沖l的脈寬范圍可為l 10ps.
需要注意的是，X射線主束3轟擊光中子轉(zhuǎn)換靶4產(chǎn)生光中子6所用的時(shí)間非常短(通常小于lps),因此，可以說(shuō)，在本實(shí)用新型中，用于進(jìn)行中子檢測(cè)的光中子6與X射線主束3中用于X射線成像檢測(cè)的第一X射線束405幾乎是"同時(shí)"產(chǎn)生的，這樣就允許同時(shí)進(jìn)行X射線成像檢測(cè)和中子檢測(cè)，這明顯區(qū)別于國(guó)際申請(qǐng)公開(kāi)WO 98/55851。
光中子6在光中子轉(zhuǎn)換靶4內(nèi)產(chǎn)生時(shí)是各向同性的，因此只有一部
8分光中子能夠射向被檢測(cè)的集裝箱8。由于光中子轉(zhuǎn)換靶4中的9Be和2H對(duì)中子具有較大的散射截面，因此，射出光中子耙4的光中子6總體上會(huì)向后(即相反于X射線主束3入射到光中子轉(zhuǎn)換靶4的方向)發(fā)射。為了提高光中子6到達(dá)被檢測(cè)集裝箱8的效率，可以在光中子靶4的后面(鄰近于光中子耙4的第一端部402 )設(shè)置中子反射體(未示出)。該中子反射體用于反射背離該被檢集裝箱8運(yùn)動(dòng)的光中子6，使其朝著該被檢集裝箱8運(yùn)動(dòng)。
參考圖1和圖2， X射線準(zhǔn)直器5設(shè)置在第一X射線束405到達(dá)被檢物體8之前的傳播路徑上，以便將該笫一X射線束405準(zhǔn)直為平面扇形束。該X射線準(zhǔn)直器5最好設(shè)置成鄰近該光中子轉(zhuǎn)換耙4的本體402的第二端部403,并與通道404對(duì)準(zhǔn)。這樣，第一X射線束405經(jīng)由通道404穿過(guò)該光中子轉(zhuǎn)換靶4之后，由X射線準(zhǔn)直器5進(jìn)行準(zhǔn)直，以形成平面扇形束7。該扇形束7之外的X射線將被X射線準(zhǔn)直器5所屏蔽，這樣可以降低X射線
對(duì)中子檢測(cè)(尤其是下文所述的Y射線探測(cè)器)的影響。
下面將分別描述用第一X射線束405對(duì)集裝箱8進(jìn)行的X射線成像檢測(cè)以及用由第二射線束406產(chǎn)生的光中子6對(duì)集裝箱8進(jìn)行的中子檢測(cè)。應(yīng)當(dāng)知道，X射線成像檢測(cè)和中子檢測(cè)本身分別是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的。然而，在本實(shí)用新型中，由于第一X射線束405和光中子6可以同時(shí)(或者說(shuō)幾乎同時(shí))產(chǎn)生，因此，射線束X射線成像檢測(cè)和中子檢測(cè)可以同時(shí)進(jìn)4亍。
首先描述X射線成像檢測(cè)。參考圖l， X射線扇形束7(即，被準(zhǔn)直的第一X射線束405 )射向被檢測(cè)的集裝箱8，集裝箱8中所裝載的貨物10會(huì)對(duì)該扇形束7進(jìn)行衰減。由X射線探測(cè)裝置來(lái)測(cè)量這些被衰減的X射線，該X射線探測(cè)裝置可以是包括多個(gè)X射線探測(cè)器的X射線探測(cè)器陣列15。 X射線的衰減倍數(shù)反映了從電子把2到X射線探測(cè)器陣列15中對(duì)應(yīng)X射線探測(cè)器的連線上的物質(zhì)對(duì)X射線的吸收能力，它的大小與集裝箱8中所裝載的物質(zhì)密度和組成有關(guān)。利用X射線探測(cè)器陣列15可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱8的二維X射線成像。該X射線探測(cè)器陣列15中的探測(cè)器可以是氣體電離室、鎢酸鎘晶體、Csl晶體，也可以是其它類(lèi)型的探測(cè)器。如前所述，電子束1以某一個(gè)特定頻率轟擊電子靶2，從而產(chǎn)生相同頻率的X射線脈沖。對(duì)于每個(gè)X射線脈沖，探測(cè)器15陣列會(huì)得到關(guān)于集裝箱某個(gè)斷面的一維圖像。隨著拖動(dòng)裝置20牽引集裝箱8前進(jìn)，由多次測(cè)量得到的多個(gè)一維圖像就構(gòu)成了關(guān)于集裝箱的二維透射圖像。
現(xiàn)在描述和x射線成像檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行的中子檢測(cè)。經(jīng)由光中子轉(zhuǎn)換
靶4產(chǎn)生光中子6之后，被檢集裝箱8將沐浴在光中子場(chǎng)中。光中子6射入被檢測(cè)集裝箱8之后，通過(guò)散射(非彈性和彈性散射)而損失能量。沒(méi)有必要在光中子6進(jìn)入被檢集裝箱8之前對(duì)光中子6進(jìn)行準(zhǔn)直，因?yàn)樗谏⑸溥^(guò)程中會(huì)彌漫到相當(dāng)寬的區(qū)域中。光中子6在產(chǎn)生時(shí)是快中子，然后在幾個(gè)HS的時(shí)間內(nèi)就變?yōu)槁凶?。之后，光中?的能量進(jìn)入熱中子的能區(qū)。光中子6從快中子到熱中子的時(shí)間間隔一般約為lms。熱中子最終會(huì)消失，消失的方法有兩種被物質(zhì)所吸收，或者逃逸。熱中子在空間的存在時(shí)間為lms ~ 30ms。中子在快中子和慢中子能區(qū)的時(shí)候也可以發(fā)生俘獲反應(yīng)，但是截面很小，當(dāng)中子能量降低的時(shí)候，由于其俘獲截面與中子的運(yùn)動(dòng)速度成反比關(guān)系，因此截面迅速上升。由于電子加速器是以連續(xù)脈沖方式工作的，因此不同脈沖之間的熱中子場(chǎng)會(huì)發(fā)生疊加。例如，當(dāng)電子加速器以頻率約為250Hz、脈寬5MS的方式工作時(shí)，最終在空間中形成的中子場(chǎng)將是一個(gè)頻率為250Hz、脈寬為5ns的快中子脈沖，疊加在一個(gè)近似恒定的熱中子場(chǎng)上。
熱中子在物質(zhì)發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)之后，可以放出具有特征性的Y射線，例如&與中子反應(yīng)可以放出2. 223MeV的特征Y射線，"N與中子反應(yīng)可以放出IO. 835MeV的特征Y射線，"C1與中子反應(yīng)可以放出6. 12MeV的特征Y射線。通過(guò)對(duì)這些特征y射線的測(cè)量可以判斷被檢測(cè)物體中的元素種類(lèi)。集裝箱8中的不同材料在中子的照射下能夠放出不同的特征Y射線。根據(jù)y能譜的不同，可以分析出該物質(zhì)的類(lèi)型.例如，如果在集裝箱中發(fā)現(xiàn)大量N和H元素的信號(hào)，那么就有可能存在爆炸物和"肥料炸彈"；如果發(fā)現(xiàn)了大量的C1的Y射線，則就有可能發(fā)現(xiàn)毒品如海洛因和可卡因(它們通常以氯化物的形式的被偷運(yùn))。另外，通過(guò)測(cè)量由光中子俘獲所產(chǎn)生的裂變中子，也可以對(duì)核材料(如鈾和钚)進(jìn)行檢查。
對(duì)Y射線能譜的測(cè)量是由Y射線探測(cè)裝置來(lái)完成的，該y射線探測(cè)裝置可以是一個(gè)或多個(gè)Y射線探測(cè)器陣列14，每個(gè)Y射線探測(cè)器陣列14包括多個(gè)y射線探測(cè)器，并布置成接收該特征性Y射線。并且，如圖1所示，當(dāng)包括多個(gè)Y射線探測(cè)器陣列14時(shí)，它們可以布置在集裝箱8的行進(jìn)路徑的兩側(cè)。并且，y射線探測(cè)器陣列14可布置成遠(yuǎn)離該X射線探測(cè)器陣列15—定距離，也就是偏離該X射線扇形束7 (第一X射線束) 一定距離，以使得該第一X射線束對(duì)Y射線探測(cè)器的影響最小化。對(duì)于每個(gè)Y射線探測(cè)器陣列，通過(guò)分析它的y能譜信號(hào)，則獲得所關(guān)心的元素種類(lèi)的二維分布信息。
y射線探測(cè)器可以選擇的種類(lèi)較多，如Nal (Tl) ， BG0， HPGe， LaBr3等。
在本實(shí)用新型中用到了兩種類(lèi)型的探測(cè)器X射線探測(cè)器和Y射線探測(cè)器，這兩種探測(cè)器的工作在X射線、中子和Y射線共存的環(huán)境中。兩種射線可能互相形成干擾，特別是X射線相對(duì)于中子和Y射線來(lái)說(shuō)很強(qiáng)，因此它有可能對(duì)y射線探測(cè)的Y能譜構(gòu)成干擾。因此，對(duì)于y探測(cè)器來(lái)說(shuō)，非常有必要對(duì)X射線和中子射線進(jìn)行屏蔽。
圖4示出了一種改進(jìn)的Y射線探測(cè)器，其中，Nal晶體22和光電倍增管23構(gòu)成了該探測(cè)器的主體。該Nal晶體22具有用于接收Y射線的前端面30、與該前端面30相反的后端面31以及周向表面32。當(dāng)y射線射入Nal晶體22的時(shí)候，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射或者電子對(duì)效應(yīng).y光子將能量交付給次級(jí)電子，次級(jí)電子在晶體中發(fā)生電離，電離產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)將會(huì)產(chǎn)生熒光。熒光光子在光電倍增管23的光陰極上打出光電子。光電子隨后被光電倍增管倍增，通過(guò)前放電路形成電壓信號(hào)。為了向Nal晶體22提供對(duì)X射線和中子的屏蔽。圖4所示的y射線探測(cè)器還包括中子屏蔽材料28，該中子屏蔽材料28至少包圍了該Nal晶體22的周向表面32，并暴露出該Nal晶體22的前端面30。優(yōu)選是，該中子屏蔽材料28還包圍了該Nal晶體22的后端面31。該中子屏蔽材料28—般由富含H的物質(zhì)構(gòu)成，諸如石蠟、聚乙烯、水都是適用的材料?？紤]到結(jié)構(gòu)與防火要求， 一般選擇聚乙烯。中子屏蔽材料28中的H原子對(duì)中子具有很大的散射截面，能夠反射中子，并迅速地將中子的能量降低和吸收。但是中子屏蔽材料28在和中子發(fā)生輻射俘獲之后會(huì)放出2. 223MeV的特征Hy射線，該特征HY射線將對(duì)探測(cè)器所要測(cè)量的Y信號(hào)構(gòu)成干擾。因此，在中子屏蔽材料28的內(nèi)側(cè)，該y射線探測(cè)器還包括XA/射線屏蔽體26，該X/y射線屏蔽體26至少包圍該探測(cè)器晶體的周向表面，并且暴露出該Nal晶體22的前端面30.優(yōu)選是，該X/y射線屏蔽體26還包圍了該NaI晶體22的后端面31。 X/y射線屏蔽體26不僅能夠吸收中子屏蔽材料28在與中子發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出的Y射線，還能屏蔽來(lái)自電子靶2的絕大部分X射線及其散射射線，使得y射線探測(cè)器能夠處在正常的工作環(huán)境中。該X/y射線屏蔽體26的材料為原子序數(shù)大于或等于74的重金屬，例如鉛Pb或鎢W.在y探測(cè)器晶體22的前方，面對(duì)著Nal晶體22的前端面30，還設(shè)有中子吸收體27。與中子屏蔽材料28的要求不同，中子吸收體27不僅要能夠吸收中子，而且不能放出H的2. 223MeV的y射線。中子吸收體27可由石蠟或聚乙烯與具有高強(qiáng)熱中子吸收能力的硼"B材料構(gòu)成(如含硼聚乙烯)，這使得H不再有機(jī)會(huì)放出Y光子。為了使y射線探測(cè)器只測(cè)量它前方的被檢測(cè)物體區(qū)域，而對(duì)其它方向來(lái)的信號(hào)(如X射線散射、空氣中N的y計(jì)數(shù)本底)不感興趣，該Y射線探測(cè)器還包括準(zhǔn)直器29。該準(zhǔn)直器29設(shè)在Nal晶體22與中子吸收體27的前方，用來(lái)屏蔽掉周?chē)臻g的X射線散射本底、中子在周?chē)镔|(zhì)中產(chǎn)生的Y本底。該準(zhǔn)直器29包括與Nal晶體的前端面30對(duì)準(zhǔn)的通孔，該通孔限定了一延伸方向，用于僅允
許基本上沿著該延伸方向并經(jīng)由該通孔到達(dá)該前端面的X/Y射線進(jìn)入該Nal晶體，從而對(duì)所要探測(cè)的y射線進(jìn)行準(zhǔn)直。該通孔的直徑可與NaI晶體22的直徑相同，長(zhǎng)度可以根據(jù)所需要的準(zhǔn)直效果來(lái)確定， 一般選擇5~ 30cm的長(zhǎng)度范圍。該準(zhǔn)直器29通?？捎迷有驍?shù)大于或等于74的重金屬(例如鉛Pb或鎢W)或者用鋼制成，
另外，盡管在圖中未示出，還可以為該Y射線探測(cè)器提供時(shí)間門(mén)控電路，用于控制y射線探測(cè)器的測(cè)量時(shí)間，使得Y射線探測(cè)器的測(cè)量時(shí)間避開(kāi)本實(shí)用新型系統(tǒng)中X射線發(fā)生器所產(chǎn)生的X射線束的出束時(shí)間，這樣可以進(jìn)一步抑制X射線對(duì)Y射線探測(cè)器的干擾。
根據(jù)來(lái)自X射線探測(cè)器陣列15和y射線探測(cè)器陣列14的信號(hào)，就可以分別對(duì)被檢集裝箱8進(jìn)行X射線成像和中子成像，以便獲得X射線圖像和中子圖像。返回圖l，在本實(shí)用新型的系統(tǒng)中， X射線成像信號(hào)處理電路17接收來(lái)自X射線探測(cè)器陣列15的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理以獲得X射線圖像。Y射線信號(hào)處理電路18接收來(lái)自Y射線探測(cè)器陣列14的電壓信號(hào)，并分析Y能譜，從而得到包含被檢物體的二維元素分布信息的二維中子圖像。該二維中子圖像與所獲得的二維X射線圖像相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱中違禁品的識(shí)別與發(fā)現(xiàn).
考慮到在對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，由于X射線探測(cè)器陣列和Y射線探測(cè)器陣列的安放位置不同，使得被檢測(cè)物體在行進(jìn)的過(guò)程中，X射線圖像和中子圖像不能同時(shí)得到，且各Y射線探測(cè)器陣列之間由于位置的不同，得到的中子圖像也是不同的。為了將X射線圖像與中子圖像進(jìn)行合并，以更好地實(shí)現(xiàn)違禁品檢查，采用了如下辦法
對(duì)于不同的Y射線探測(cè)器陣列，由于它們的距離關(guān)系是確定的，因此它們的中子圖像之間的位置關(guān)系也是確定，對(duì)于先后獲得的中子圖像，分別對(duì)它們位置進(jìn)行調(diào)整，可以使得處于不同位置處的Y射線探測(cè)器陣列共同形成一幅反映元素分布的中子圖像。
對(duì)于X射線圖像和中子圖像，其空間位置關(guān)系也是確定的，可以將中子圖像和/或X射線圖像進(jìn)行平移并合并成一副圖像，使得中子圖像和X射線圖像中對(duì)應(yīng)于被檢測(cè)物體同一位置的點(diǎn)完全重合。這樣，對(duì)于合并后的圖像來(lái)說(shuō)，其中每一點(diǎn)都包括了被檢測(cè)物體的元素分布信息和密度信息。在本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，可以采用一圖像合并裝置(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)X射線圖像和中子圖像的位置調(diào)整，以便將X射線圖像和中子圖像合并在一副圖像內(nèi).這樣，操作員只需要觀察一副圖像就能夠獲得被檢測(cè)物體的元素分布信息與密度信息，以便對(duì)被檢物體中的可疑違禁品進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的定位。
雖然已經(jīng)描述了本實(shí)用新型的典型實(shí)施例，應(yīng)該明白本實(shí)用新型不限于這些實(shí)施例，對(duì)本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型的各種變化和改進(jìn)都能實(shí)現(xiàn)，但這些都在本實(shí)用新型權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種光中子轉(zhuǎn)換靶，用于利用X射線束轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，其特征在于，該光中子轉(zhuǎn)換靶具有長(zhǎng)型本體，該本體具有第一端部和第二端部，在使用時(shí)，所述X射線束進(jìn)入所述本體，并沿著從第一端部至第二端部的方向傳播；其中，所述光中子轉(zhuǎn)換靶的本體的形狀設(shè)計(jì)成與所述X射線束的強(qiáng)度分布基本上相匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所述X射線束的強(qiáng)度分布為軸對(duì)稱(chēng)分布，其限定了一強(qiáng)度分布對(duì)稱(chēng)軸線；所述光中子轉(zhuǎn)換靶的所述本體構(gòu)造成關(guān)于一把對(duì)稱(chēng)軸線成軸對(duì)稱(chēng) 形狀，所述光中子轉(zhuǎn)換靶的軸對(duì)稱(chēng)形狀與所述X射線束的軸對(duì)稱(chēng)分布基 本上相匹配，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所述本 體的至少一部分為漸縮部分，該漸縮部分朝著所述第二端部漸縮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所述漸縮部 分終止于所述第二端部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所述漸縮部分為錐形或截頭錐形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所迷本體還 包括圃柱體部分，所述漸縮部分鄰近所述第二端部，所述圃柱體部分 鄰近所述第一端部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光中子轉(zhuǎn)換把，其特征在于，還包括由所 述本體限定的通道，該通道沿從笫一端部至第二端部的方向穿過(guò)所述 本體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其特征在于，所述通道沿 著所述本體的靶對(duì)稱(chēng)軸線延伸。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光中子轉(zhuǎn)換靶，用于利用X射線束轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)換靶具有長(zhǎng)型本體，該本體具有第一端部和第二端部，在使用時(shí)，所述X射線束進(jìn)入所述本體，并沿著從第一端部至第二端部的方向傳播；其中，所述光中子轉(zhuǎn)換靶的本體的形狀設(shè)計(jì)成與所述X射線束的強(qiáng)度分布基本上相匹配，使得強(qiáng)度大的X射線能在光中子轉(zhuǎn)換靶的本體內(nèi)傳播更遠(yuǎn)的距離。本實(shí)用新型的光中子轉(zhuǎn)換靶能夠充分利用X射線束，以提高光中子產(chǎn)量。
文檔編號(hào)G01N23/00GK201286191SQ20082012572
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者劉以農(nóng), 劉耀紅, 吳萬(wàn)龍, 康克軍, 華 彭, 李元景, 李鐵柱, 楊袆?lì)? 程建平, 胡海峰, 苗齊田, 趙自然, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司